(57)【要約】鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止する耐き裂制御部を設け、耐き裂制御部を構成するアレスタ部材の外縁部を、前記鋼板溶接継手の長手方向前後において、前記長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で前記鋼板溶接継手と交差するように形成して、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制できるようにする。
2012008056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止する耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入されたアレスタ部材、及び、該アレスタ部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたアレスタ溶接継手を有しており、
前記アレスタ部材は、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足し、かつ、アレスタ部材の外縁部は、前記鋼板溶接継手の長手方向前後において、前記長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で前記鋼板溶接継手と交差するように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
２Ｔ  ≦  Ｈ            ・・・・・  （１）
３．２ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ      ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
【請求項２】
前記アレスタ溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、
ｖＴｒＳ３  ≦ｖＴｒＳ１＋２０
で表される関係を満たすこと、を特徴とする請求項１に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
【請求項３】
前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
【請求項４】
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板からなるとともに、該小鋼板を互いに突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、前記耐き裂制御部は、前記溶接金属部から延伸したアレスタ部材の後端部側に形成される前記アレスタ溶接継手が前記小鋼板溶接継手に接するように設けられていること、を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
【請求項５】
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板からなるとともに、該小鋼板を互いに突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、前記耐き裂制御部は、前記溶接金属部から延伸したアレスタ部材の後端部側に形成される前記アレスタ溶接継手が前記小鋼板溶接継手を含むように設けられ、さらに、前記小鋼板溶接継手をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ４（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、
ｖＴｒＳ４  ≦  ｖＴｒＳ１＋２０
で表される関係を満たすこと、を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継手に脆性き裂が発生した場合に、脆性き裂の伝播を制御、抑制する耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体に関する。
特に、厚鋼板を用いて溶接を適用した溶接構造物の溶接継手において脆性き裂が発生した場合でも、その伝播を制御、抑制して安全性を向上させることができる耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型コンテナ船やバルクキャリア等の船舶用溶接構造体、建築構造物、土木鋼構造物に代表される溶接構造体においては、脆性き裂等の破壊に対する高い安全性が求められるようになっている。特に、コンテナ船は大型化が顕著であり、例えば、６０００ＴＥＵ以上の大型コンテナ船が製造されるようになり、船殻外板の鋼板が厚肉化並びに高強度化し、板厚７０ｍｍ以上で降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼板が用いられるようになっている。
ここで、ＴＥＵ（Ｔｗｅｎｔｙ  ｆｅｅｔ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）とは、長さ２０フィートのコンテナに換算した個数を表し、コンテナ船の積載能力の指標を示している。
このような大型コンテナ船は、積載能力や荷役効率の向上のため、仕切り壁を無くして上部開口部を大きく確保した構造とされており、特に、船殻外板や内板の強度を確保する必要があるため、上記のような高強度鋼板が用いられている。【０００３】
上述のような溶接構造物を建造する際、建造コストの低減や建造効率向上を目的として、大入熱溶接（例えば、エレクトロガスアーク溶接）が広く適用されている。小さな入熱量の適用による多層盛溶接では、特に、鋼板の板厚が増すほど溶接工数が著しく増加するため、極限まで大入熱で溶接を行なうことが要求される。
しかしながら、鋼板の溶接に大入熱溶接を適用した場合、溶接熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の靭性が低下し、ＨＡＺの幅も増大するため、脆性破壊に対する破壊靭性値が低下する傾向にある。【０００４】
このため、溶接継手において脆性き裂が発生するのを抑制するとともに、脆性き裂の伝播停止（アレスト）を達成することを目的として、耐脆性破壊特性に優れたＴＭＣＰ鋼板（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：熱加工制御）が提案されている。上記ＴＭＣＰ鋼板を用いることにより、脆性破壊発生に対する抵抗値である破壊靭性値が向上するため、通常の使用環境では、構造物が脆性破壊する可能性は極めて低くなる。
しかしながら、地震や構造物同士の衝突の事故や災害等の際に、万が一、脆性破壊が生じると、脆性き裂がＨＡＺを伝播して大きな破壊が生じるおそれがある。【０００５】
例えば、コンテナ船等に代表される溶接構造体では、板厚５０ｍｍ程度のＴＭＣＰ鋼板等が使用され、万が一、溶接継手で脆性き裂が発生しても、溶接残留応力によって脆性き裂が溶接部から母材側に逸れるので、母材のアレスト性能を確保すれば、脆性き裂を母材で停止できると考えられていた。また、６０００ＴＥＵを超える大型コンテナ船等、さらに大型の溶接構造体においては、より大きな板厚の鋼板が必要となり、さらに、構造を簡素化するうえで鋼板の厚肉化が有効であることから、設計応力が高い高張力鋼の厚鋼板を用いることが求められていた。
しかしながら、このような厚鋼板を用いた場合、ＨＡＺの破壊靭性の程度によっては、脆性き裂が母材に逸れること無くＨＡＺに沿って伝播し続け、溶接構造物に大きな破壊をもたらすおそれがある。【０００６】
上記問題を解決するため、突合せ溶接継手の一部に補修溶接（継手の一部分に対してはつりを行い、その箇所に埋め戻し溶接する）を施し、ＨＡＺに沿って伝播する脆性き裂を母材側に逸らせる構成とされた溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１の溶接構造体では、母材の破壊靭性が非常に優れている場合には有効であるが、母材の破壊靭性が不充分な場合には、母材側に逸れた脆性き裂が長く伝播し、構造物としての強度が著しく低下するおそれがある。また、埋め戻し溶接部のボリュームが大きめとなり、工程時間が長くなるとともに、製造コストも増大するという問題がある。【０００７】
また、溶接継手に発生する脆性き裂の伝播を停止させたい領域に、板状のアレスタ部材が溶接線と交差するように貫通して溶接され、アレスタ材として、表面や裏面の板厚比２％以上の厚みの表層域における集合組織が適正化されたものを用いる溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献２）。
しかしながら、特許文献２に記載の溶接構造体を大型建造物に適用した場合、例えば、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ部材を鋼板に溶接する溶接継手を伝播してアレスタ部材に突入し、そのままアレスタ部材の内部を伝播した後、再び溶接継手を伝播するおそれがある。一方、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ部材及び該アレスタ部材を鋼板に溶接する溶接継手の位置で母材側に逸れた場合には、上記同様、母材の破壊靭性が不充分だと脆性き裂が長く伝播し、溶接構造物としての強度が著しく低下するという問題も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１３１７０８号公報
【特許文献２】特開２００７−０９８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能な、耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、溶接構造体の溶接継手に発生した脆性き裂が、溶接継手や母材を伝播するのを防止するため、溶接継手の途中に、特許文献２のような脆性き裂の伝播を制御するアレスタ部材を設ける場合について鋭意研究した。
この結果、アレスタ部材の形状や材質特性を適正化することにより、溶接継手及び母材における脆性き裂の伝播を抑制し、溶接構造体に大規模な破壊が発生するのを防止できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は、請求の範囲に記載した以下の内容に関する。【００１１】
［１］  鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止する耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入されたアレスタ部材、及び、該アレスタ部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたアレスタ溶接継手を有しており、
前記アレスタ部材は、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足し、かつ、アレスタ部材の外縁部は、前記鋼板溶接継手の長手方向前後において、前記長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で前記鋼板溶接継手と交差するように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
２Ｔ  ≦  Ｈ            ・・・・・  （１）
３．２ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ      ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。【００１２】
［２］  前記アレスタ溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、ｖＴｒＳ３  ≦ｖＴｒＳ１＋２０で表される関係を満たすこと、を特徴とする上記［１］に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
［３］  前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする上記［１］又は［２］に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。【００１３】
［４］  前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板からなるとともに、該小鋼板を互いに突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、前記耐き裂制御部は、前記溶接金属部から延伸したアレスタ部材の後端部側に形成される前記アレスタ溶接継手が前記小鋼板溶接継手に接するように設けられていること、を特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
［５］  前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板からなるとともに、該小鋼板を互いに突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、前記耐き裂制御部は、前記溶接金属部から延伸したアレスタ部材の後端部側に形成される前記アレスタ溶接継手が前記小鋼板溶接継手を含むように設けられ、さらに、前記小鋼板溶接継手をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ４（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、ｖＴｒＳ４  ≦  ｖＴｒＳ１＋２０で表される関係を満たすこと、を特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。【００１４】
なお、本発明では、溶接金属部と溶接熱影響部を含む部分を溶接継手と定義する。また、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは、当該溶接構造体が使用される温度、あるいは設計温度における数値である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の溶接構造体によれば、溶接継手の少なくとも一箇所に、アレスタ部材とそれと母材鋼板との間に形成されるアレスタ溶接継手とを有する耐き裂制御部が設けられているので、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、溶接継手を伝播する脆性き裂を、耐き裂制御部によって鋼板母材のアレスト性能の高い部位にそらしたり、あるいは耐き裂制御部で阻止することができ、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制できる。従って、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能な溶接構造体を、高い生産効率及び低コストで得ることができる。
このような本発明に係る溶接構造体が、大型船舶をはじめ、建築構造物や土木鋼構造物等の各種溶接構造物に使用されることで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々が同時に満たされことから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
図１は、本発明を説明する模式図であり、ａは、鋼板同士が溶接されて形成された鋼板溶接継手の一部に、アレスタ部材及びアレスタ溶接継手からなる耐き裂制御部が設けられた状態を示し、ｂ〜ｄは、脆性き裂の進展状況を示す。
図２は、本発明に係る溶接構造体の一例を説明する模式図であり、鋼板溶接継手の一部に、アレスタ部材及びアレスタ溶接継手からなる耐き裂制御部が設けられた状態を示す平面図である。
図３は、本発明に係る溶接構造体を船舶用溶接構造体に適用した場合について説明する概略図である。
図４は、本発明に係る溶接構造体の他の例を説明する図２と同様の図である。
図５は、本発明に係る溶接構造体の別の他の例を説明する図２と同様の図である。
図６は、本発明の実施例で用いる溶接継手試験体の製作方法について説明する図である。
図７は、本発明の実施例における耐脆性き裂伝播性を評価するための引張試験方法について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
従来、鋼板溶接継手において発生した脆性き裂は、主として、鋼板溶接継手の長手方向を伝播する。このため、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が起点となり、溶接構造体全体に大きな破壊が生じるおそれがあるという問題があった。
本発明者等は、上述のような脆性き裂の伝播方向を効果的に制御し、溶接構造体においてき裂が伝播するのを抑制するためには、上記従来技術において、さらにアレスタ部材の形状や材質を適正化することが重要であることを知見した。
本発明の基本原理について図１を用いて説明する。
【００１９】
本発明では、鋼板１、１を突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２の途中に、耐き裂制御部４を設けて鋼板溶接継手２を分断する。耐き裂制御部４は、高い脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａを有する鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴３に挿入されたアレスタ部材５と、該アレスタ部材５が鋼板１に対して突合せ溶接されることで形成されるアレスタ溶接継手６とからなる。この耐き裂制御部４を設けることで、鋼板溶接継手２に発生した脆性き裂の伝播を次のように停止させる。
【００２０】
鋼板溶接継手２の長手方向の一方側で発生した脆性き裂ＣＲは、鋼板１と鋼板溶接継手２の境界（あるいは鋼板母材の熱影響部）に沿って伝播する。アレスタ溶接継手６に達したき裂ＣＲは、アレスタ溶接継手６に突入し、次いでアレスタ部材５に突入するが、アレスタ部材はＫｃａが高い鋼材から形成されているので、アレスタ部材５内部でき裂ＣＲの進展を停止することができる。
逆に、アレスタ部材５のＫｃａが低い場合やアレスタ部材の高さや板厚などが十分でない場合などでは、図１−ｃのように、き裂がアレスタ溶接継手にジャンプして、鋼板溶接継手に再び戻ったり、図１−ｄのように、き裂がアレスタ部材５を貫通したりすることもあり得る。
【００２１】
本発明は、このような基本原理の下で、脆性き裂の進展を阻止する母材鋼板の条件、脆性き裂の進展を制御するアレスタ部材やアレスタ溶接継手の条件などについてさらに検討してなされたものであり、以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
［第１の実施形態］
＜全体の構成＞
第１の実施形態は、図２に示すように、鋼板１、１を突合せ溶接することで鋼板溶接継手２が形成されている場合の例であり、以下、この継手に適用した形態を溶接構造体Ａと呼称して説明する。
溶接構造体Ａにおいては、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予想される鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、耐き裂制御部４が設けられる。
耐き裂制御部４は、鋼板１を貫通するように設けられ、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなるアレスタ部材５と、該アレスタ部材５が鋼板１に対して突合せ溶接されることで形成されるアレスタ溶接継手６とからなっている。
アレスタ部材５は、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌと交わる交点５ａからそれぞれ鋼板内部に向かって延在する外縁部５０（５１、５２）が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で傾斜又は直交するように形成される。
図２に示す溶接構造体Ａでは、アレスタ部材５が、外縁部５１、５２の鋼板溶接継手２の長手方向に対する角度が９０°とされることで、外縁部５１、５２が鋼板溶接継手２に対して共に直交し、平面視略四角形の長方形に形成されている。
【００２３】
＜鋼板＞
溶接構造体に用いられる鋼板１としては、船舶用溶接構造体、建築構造物及び土木鋼構造物等の分野において、従来公知の鋼板特性を備えるものを使用することができる。
例えば、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００１〜０．０２％を含有する組成を基本とし、この組成に、求められる性能に応じて、さらに、Ｎ：０．００１〜０．００８％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００３〜０．０５％、Ｃａ：０．０００１〜０．００３％、Ｍｇ：０．００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１８％、Ｎｉ：０．０１〜５．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、ＲＥＭ：：０．０００５〜０．００５％の１種または２種以上を含有させ、残部はＦｅ及び不可避不純物によって構成される鋼があげられる。
特に、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼板としては、特開２００７−３０２９９３号公報や、特開２００８−２４８３８２号公報などに示されるような組成の厚鋼板が好適に使用できる。
【００２４】
図２に示すように、溶接構造体Ａでは、鋼板１、１が突合せ溶接されることにより、鋼板溶接継手２が形成される。また、この鋼板溶接継手２によって接合される鋼板１の各々には、詳細を後述するアレスタ部材５を貫通させて設けるための貫通孔３が、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として、鋼板１の各々において対称となるように設けられている。
【００２５】
鋼板１の板厚は、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。鋼板１の板厚がこの範囲であれば、溶接構造体としての鋼板強度を確保することができるとともに、優れた耐脆性き裂伝播性を得ることが可能となる。特に、４０ｍｍ以上の鋼板を用いた溶接構造体では、脆性き裂の伝播を止めるための有効な手段がなく、板厚４０ｍｍ以上、より好ましくは５０ｍｍ以上で、１００ｍｍ以下の鋼板を用いた溶接構造体において、本発明はより効果的に実施される。
【００２６】
＜アレスタ部材＞
アレスタ部材５は、図２に示すように、鋼板溶接継手２によって接合される鋼板１の各々に形成された貫通孔３に、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において対称となるように配置される。また、アレスタ部材５は、鋼板１に形成された貫通孔３内に露出する溶接端に対して突合せ溶接されることで形成されるアレスタ溶接継手６とともに、耐き裂制御部４を構成する。
アレスタ部材５は、上述したような耐き裂制御部４を構成することにより、鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合でも、鋼板溶接継手の途中に設けられた耐き裂制御部のアレスタ部材５内部で、き裂の伝播を停止させ、鋼板溶接継手２を貫くようにき裂が伝播して互いに溶接された鋼板１同士が分断するのを防止するものである。
【００２７】
アレスタ部材５は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材から構成される。また、図２に示す例のアレスタ部材５は、溶接線Ｌとの交点５ａからそれぞれの鋼板内部に向かって延在する外縁部５１、５２が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度θで傾斜又は直交するように形成されている。
また、図示例のアレスタ部材５は、外縁部５１、５２の鋼板溶接継手２の長手方向に対する角度が９０°とされることで、外縁部５１、５２が鋼板溶接継手２に対して共に直交し、直線状に連なって形成されている。そして、外縁部５１、５２の後端５１ａ、５２ａに横縁部５３、５４が各々連なるように形成されるとともに、これら横縁部５３、５４の他端側には下縁部５５が形成され、平面視略四角形の長方形に構成されている。
この形状であれば、図１（ｂ）に示されているように、溶接継手の上下どちらの方向から脆性き裂が伝播してきても、同様の効果を発揮することができる。
【００２８】
アレスタ部材５は、上述のように、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上の交点５ａを通る外縁部５１、５２が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度θで傾斜又は直交することが好ましい。
外縁部５１、５２の鋼板溶接継手２の長手方向に対する角度θを上記範囲とし、外縁部５１、５２が鋼板溶接継手２に対して傾斜又は直交するように形成することにより、仮に、鋼板溶接継手２を伝播する脆性き裂が生じた場合でも、このき裂を確実にアレスタ部材５に導入し、アレスタ部材内部で脆性き裂の進展を効果的に停止させ、溶接構造体Ａに大規模な破壊が生じるのを防止することができる。
【００２９】
鋼板溶接継手の長手方向に対するアレスタ部材の外縁部の角度が６０°未満の場合は、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂が鋼板の母材側に逸れてしまい、アレスタ部材に脆性き裂を導入するように制御するのが困難になる可能性がある。このため、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂がアレスタ溶接継手に沿って進行し、き裂の伝播が停止し難くなるおそれがある。
また、鋼板溶接継手と交差するアレスタ部材の外縁部を直線的に形成した場合、一方の鋼板側の鋼板溶接継手の長手方向に対する角度が１２０°を超えるとなると、他方の鋼板側の角度が６０°未満となり、上記同様、脆性き裂がアレスタ部材に突入することなくアレスタ溶接継手に沿って進行し、き裂の伝播が停止し難くなるおそれがある。
脆性き裂をアレスタ部材により確実に導くためには、外縁部の角度θの好ましい範囲は、７５°以上１０５°以下であり、より好ましい範囲は８５°以上９５°以下である。
【００３０】
アレスタ部材５の材質としては、上述のような脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の特性を有する鋼板であれば、その化学成分組成や製造方法、組織等は特に限定されず、適宜採用することが可能である。このような鋼板を用いることにより、仮に鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合であっても、このき裂の伝播をアレスタ部材内部で効果的に停止させることが可能となる。
なお、アレスタ部材として、靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ２（℃）値がより低い、靭性の高い鋼材を使用すれば、き裂の伝播を停止する効果をより高めることができる。
【００３１】
溶接構造体Ａに用いられるアレスタ部材５は、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足することが必要である。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
３ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ  ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
なお、アレスタ部材の高さＨと横幅Ｗは、アレスタ溶接継手の溶接金属部の中点を基準とする。また、外縁部の角度θが９０°でない場合、アレスタ部材の高さＨは、アレスタ溶接継手と鋼板溶接継手の交差する箇所の間の距離であり、横幅Ｗは鋼板溶接継手に直角な方向の最大幅である。
【００３２】
本発明者らは、アレスタ部材の形状、寸法をさまざまに変えて溶接構造体の破壊試験を繰り返し実施した。その結果、脆性き裂が鋼板溶接継手や鋼板母材を長距離にわたって伝播するのを防止するのに効果のある上記関係を得た。
【００３３】
（１）式は、き裂の進展を停止させる効果について、アレスタ部材５の高さＨと鋼板１の板厚Ｔに相関関係があることを示している。
進展してきたき裂のエネルギーは、鋼板板厚Ｔに比例しており、そのエネルギーに応じたアレスタ部材５の高さ寸法Ｈが必要であることから、上記（１）式を規定した。Ｈの上限値は設けていないが、実施時には、溶接継手２の寸法に収まる範囲に自ずと規定される。
【００３４】
（２）式は、き裂を停止させる効果について．アレスタ部材５の幅Ｗと鋼板溶接継手における溶接金属部の幅ｄに相関関係があることを示している。
本発明では、鋼板溶接継手２に沿って伝播してくる脆性き裂ＣＲを、アレスタ部材５に突入させ停止させるようにする。このとき、アレスタ部材の横幅Ｗが十分でない場合には、脆性き裂がアレスタ材の後端５１ａ、５２ａで再発生し，脆性き裂を伝播させる主応力方向に垂直、あるいは垂直に近い角度を有する横縁部５３、５４に沿って伝播することがあることを大型破壊試験で確認済みである。種々の実験の結果、脆性き裂は、溶接継手の幅ｄ程度の距離をジャンプすることを知見しており、少なくとも溶接継手ｄの３倍の領域は脆性き裂がジャンプする可能性がある。また、伝播中の脆性き裂先端の応力場を解析した結果、負荷応力が３００Ｎ／ｍｍ２程度である場合、応力の高い領域が±２５ｍｍ程度であることも知見している。そこで、横幅Ｗの必要下限値を３ｄ＋５０ｍｍと設定し、大型破壊試験を実施した結果、脆性き裂がアレスタ材の後端５１ａ、５２ａで再発生することはなく、所定の効果が得られることを確認した。以上のことから、上記（２）式を規定した。なお、Ｗの上限値は設けていないが、実施時には、溶接継手２の寸法に収まる範囲に自ずと規定される。
【００３５】
（３）式は、き裂を停止させる効果について、アレスタ部材５の板厚ｔと鋼板１の板厚Ｔに相関関係があることを示している。
アレスタ部材５の板厚ｔが、鋼板１の板厚の０．９０倍に比してより小さい場合、アレスタ部材５に突入したき裂をアレスタ部材５の内部で停止させることができない可能性が高くなる。これは進展してきたき裂のエネルギーは板厚Ｔに比例しているが、アレスタ部材５の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａがちょうど６０００Ｎ／ｍｍ１．５である場合、アレスタ部材５の板厚ｔが、鋼板１の板厚の０．９０倍に比してより小さい場合には、試験した鋼板板厚の範囲内では、アレスタ部材の内部にて、き裂を停止できなかった。
【００３６】
アレスタ部材５の各寸法値を上記関係とすることにより、鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合であっても、き裂の伝播をアレスタ部材５に導入し、このアレスタ部材５内部でき裂の進展を停止させることがより確実となる。
アレスタ部材の各寸法値の関係が、上記（１）〜（３）式で表される関係を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、き裂がアレスタ部材から逸れてしまったり、アレスタ部材５内部でき裂の進展を停止させることができなかったりする危険性がある。
脆性き裂の伝播をアレスタ部材内部でより確実に止めるためには、上記（１）式において、Ｈ／Ｔは、２．５以上が好ましく、３．０以上がより好ましい。さらに、アレスタ部材の高さＨは、２５０ｍｍ以上、または３００ｍｍ以上、さらには、４００ｍｍ以上がより好ましく、横幅Ｗは、２００ｍｍ以上、または２５０ｍｍ以上、さらには、３００ｍｍ以上がより好ましい。
【００３７】
また、溶接構造体Ａにおいては、アレスタ溶接継手６をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ３（℃）と、鋼板１の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次の（４）式、
ｖＴｒＳ３  ≦  ｖＴｒＳ１＋２０      ・・・・（４）
で表される関係を満たすことがより好ましい。
アレスタ溶接継手６をなす溶接金属部の靱性（ここでは脆性−延性破面遷移温度）と鋼板１の母材靱性との関係が上記関係式を満たすことにより、鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合であっても、き裂の伝播方向をアレスタ部材５内部へ効果的に導入することが可能となる。この場合、アレスタ溶接継手６を形成する溶接金属の靱性を低くすることで、耐き裂制御部４により、鋼板溶接継手２で発生した脆性き裂の伝播方向を確実にアレスタ部材５へ導入する作用が効果的に得られる。
アレスタ溶接継手を形成する溶接金属部の靱性と鋼板の母材靱性との関係が上記関係式を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、このき裂が母材側に逸れ、アレスタ部材によるき裂停止効果が得られなくなる可能性があり、鋼板の母材特性によっては、脆性き裂を停止できない可能性がある。
【００３８】
なお、本発明に係る溶接構造体では、アレスタ部材５の形状は、図２に示すような、外縁部５１、５２が直線として形成されている例には限定されず、アレスタ部材５の溶接線Ｌとの交点５ａからそれぞれの鋼板内部に向かって延在する外縁部５１、５２が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲内の角度であれば、所定の効果を発揮することが可能であり、適宜採用することが可能である。
また、本実施形態では、アレスタ部材５を１枚のみ用いて鋼板１に溶接した構成を説明しているが、これには限定されず、例えば、２枚以上のアレスタ部材を積層して使用することもでき、適宜採用することが可能である。
【００３９】
＜脆性き裂の伝播停止の制御＞
上記構成とされた溶接構造体Ａにおいて、鋼板溶接継手２に脆性き裂が発生した場合の、き裂の伝播を停止させる作用について、以下に説明する。
【００４０】
図２に示すように、鋼板溶接継手２の長手方向の一方側（図２における縦長方向の上方側）で発生した脆性き裂ＣＲは、鋼板溶接継手２における長手方向の他方側（図２における縦長方向の下方側）に向かって伝播を開始する（図２中の二点鎖線矢印を参照）。
この際、溶接構造体Ａでは、鋼板溶接継手２を長手方向で伝播した脆性き裂が、耐き裂制御部４をなすアレスタ溶接継手６に突入し、さらに、アレスタ部材５に突入する。ここで、アレスタ部材５は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされているので、突入したき裂を効果的に停止させることが可能となる。
【００４１】
上記作用により、溶接構造体Ａは、例え、鋼板溶接継手２において脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が鋼板溶接継手２や鋼板母材部１を広範囲にわたり伝播するのを抑制できるので、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能となる。
このような本実施形態の溶接構造体Ａを、例えば、大型船舶や建築構造物、土木鋼構造物等の各種溶接構造物に適用することで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々を同時に満たすことが可能となる。
【００４２】
耐き裂制御部が上記の機能を発揮するには、溶接構造体が破壊エネルギーにさらされた時にき裂の発生の可能性がある鋼板溶接継手を予測し、その溶接継手に１箇所あるいは複数箇所設けるのがよい。両方向からの進展が予測される鋼板溶接継手においては、外縁部５１、５２に対抗するもう一方の外縁部５５も、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲内の角度とする。
【００４３】
＜耐き裂制御部の作製方法＞
以下に、上述したような溶接構造体Ａにおいて、耐き裂制御部４を作製する方法の一例について説明する。
耐き裂制御部４は、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予測される鋼板溶接継手の途中に、少なくとも１箇所設けられる。
耐き裂制御部４を設けるためには、アレスタ部材５を配置するための貫通孔３を形成する。貫通孔の形成には、図６（ａ）に示すように、鋼板の段階で貫通孔となる部分を予め切り欠く方法、鋼板を溶接のために仮組みした状態で切り欠く方法、あるいは、鋼板を溶接した後に貫通孔を形成する方法などがあるが、いずれの方法であってもよい。既存の溶接構造体に貫通孔３を形成して本発明を適用することももちろん可能である。
【００４４】
鋼板の溶接前に貫通孔３を形成する場合には、まず、鋼板１の開先面１１、１２に開口するように、鋼板を切り欠いて貫通孔３（３ａ、３ｂ）を形成する。次いで、貫通孔３ａ、３ｂとなる部分を残して、各々の鋼板１の開先面１１、１２に対し突合せ溶接することにより、鋼板溶接継手２を形成する。
次いで、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなるアレスタ部材５を、形成された貫通孔３に挿入する。次いで、アレスタ部材５の外縁部５１、５２、並びに下縁部５３を、それと対向する、鋼板の露出した開先面に対してそれぞれ突合せ溶接することでアレスタ溶接継手６を形成する。このような手順により、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において対称となるように、アレスタ部材５とアレスタ溶接継手６とからなる耐き裂制御部４を形成する。
【００４５】
鋼板溶接継手及びアレスタ溶接継手の突合せ溶接にあたり、溶接方法及び溶接材料については、特に限定されない。しかしながら、アレスタ溶接継手６自体の耐破壊靱性を高めるため、例えば、溶接方法として、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）や炭酸ガスアーク溶接（ＣＯ２溶接）を採用し、また、溶接材料となるワイヤの成分を高Ｎｉとすることが好ましい。
また、脆性き裂伝播を可能な限り抑制し、さらに、鋼板溶接継手２及びアレスタ溶接継手６において新たな疲労き裂や脆性き裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を、溶接欠陥の無いように、溶接金属で完全に充填することが好ましい。
上記手順により、図２に示すような、本実施形態の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体Ａを製造することができる。
【００４６】
＜溶接構造体を適用した船舶構造体の一例＞
上述した溶接構造体Ａを適用した船舶構造体の一例を図３の概略図に示す。
図３に示すように、船舶構造体７０は、骨材（補強材）７１、デッキプレート（水平部材）７２、船殻内板（垂直部材）７３、船殻外板７４を備えて概略構成される。また、図示例の船舶構造体７０は、船殻内板７３をなす複数の鋼板１同士を突合せ溶接することで形成される鋼板溶接継手（図３中では図示略）の長手方向の一部に耐き裂制御部４が設けられることで、本実施形態の溶接構造体Ａを具備する構造とされている。
上記構成の船舶構造体７０によれば、本実施形態の溶接構造体Ａの構成を適用することにより、例え、鋼板溶接継手を伝播する脆性き裂が発生した場合であっても、耐き裂制御部４により、き裂の伝播方向を効果的に制御できる。これにより、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂を安定的に停止させることができ、船殻内板７３、ひいては船舶構造体７０に大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００４７】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態である溶接構造体Ｂについて、主に図４を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上述の第１の実施形態の溶接構造体Ａと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
溶接構造体Ｂは、突合せ溶接される鋼板が、複数の小鋼板を突合せ溶接されて形成されている場合の例である。
すなわち、図４に示すように、鋼板１０が、鋼板溶接継手２０の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板（図４中の符号２１〜２４を参照）を突合せ溶接して形成され、この鋼板１０、１０を突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２０に、耐き裂制御部４が設けられる。
小鋼板２１、２２の間には、突合せ溶接により、小鋼板溶接継手２５、２６が形成されており、アレスタ部材５の下縁部５５側に形成されるアレスタ溶接継手６は、この小鋼板溶接継手２５、２６に接して設けられている。このため、溶接構造体Ｂでは、アレスタ部材５の下縁部５５は、小鋼板溶接継手２５、２６の形状に沿った同じ形状とされる。
このように、鋼板溶接継手の途中に鋼板溶接継手に交差する溶接継手２５、２６がある点で、溶接構造体Ｂは上述の第１の実施形態の溶接構造体Ａとは異なっている。
【００４９】
溶接構造体Ｂによれば、上述の溶接構造体Ａと同様、鋼板溶接継手２０に脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂ＣＲを、アレスタ溶接継手６を介してアレスタ部材５に確実に突入させることができる（図４中の二点鎖線矢印を参照）。そして、アレスタ部材５に突入した脆性き裂ＣＲは、アレスタ部材５内で確実に停止するので、鋼板溶接継手２０が破断せず、また、溶接構造体Ｂに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００５０】
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態である溶接構造体Ｃについて、主に図５を参照しながら、先の実施形態と共通する部分は省略して説明する。
溶接構造体Ｃも、溶接構造体Ｂと同様に、突合せ溶接される鋼板が、複数の小鋼板を突合せ溶接されて形成されている場合の例であり、図５に示すように、鋼板１０Ａが、鋼板溶接継手２０Ａの長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板（図５中の符号３１〜３４を参照）を突合せ溶接して形成され、この鋼板１０Ａ、１０Ａを突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２０Ａに、耐き裂制御部４が設けられる。
溶接構造体Ｃでは、図示のように、小鋼板を突合せ溶接して形成された小鋼板溶接継手３５、３６が、耐き裂制御部４を構成するアレスタ部材５の下縁部５５側に形成されるアレスタ溶接継手を含む構成とされている。
また、図示の溶接構造体Ｃでは、小鋼板溶接継手３５、３６が連なって直線状に形成されている。
【００５１】
溶接構造体Ｃによれば、上述の溶接構造体Ａ、Ｂと同様、鋼板溶接継手２０Ａに脆性き裂が発生した場合でも、アレスタ部材５の上縁部５１、５２に沿って形成されるアレスタ溶接継手６０を介して、脆性き裂ＣＲを確実にアレスタ部材５に突入させることができる（図５中の二点鎖線矢印を参照）。
そして、アレスタ部材５に突入した脆性き裂ＣＲは、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａの高い鋼材からなるアレスタ部材５において直ちに停止するので、溶接構造体Ｃに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００５２】
また、溶接構造体Ｃでは、小鋼板溶接継手３５、３６をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ４（℃）と、鋼板１０Ａの母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次の（５）式
ｖＴｒＳ４  ≦  ｖＴｒＳ１＋２０    ・・・（５）
で表される関係を満たす構成とされている。
これにより、例えば、図５中における下側の方向から脆性き裂が溶接継手２０Ａを伝播してきた場合でも、この脆性き裂が溶接継手３５又は溶接継手３６を伝播してアレスタ部材５に突入し易くなるので、このアレスタ部材５によって脆性き裂を停止させることが可能となる。
【００５３】
以下、本発明に係る耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００５４】
［溶接構造体の製造］
まず、製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表１に示す化学成分の鋳塊を作製した。そして、日本海事協会（ＮＫ）規格船体用圧延鋼材ＫＡ３２、ＫＡ３６、ＫＡ４０の規格に準じた製造条件で、前記鋳塊を再加熱して熱間圧延することで、種々の板厚の鋼板を製造した。さらに、この鋼板に対して各種熱処理を施すとともに、この際の条件を制御することにより、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ１．５）が種々の値になるように適宜調整した。
製造した鋼板から、試験片のサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×板厚のＥＳＳＯ試験（脆性き裂伝播停止試験）片を適宜採取し、−１０℃におけるＫｃａ特性を評価・確認するとともに、鋼板の脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）を測定した。表１にＫｃａ特性及びｖＴｒＳ１を合わせて示した。【００５５】
次に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼板１の開先面１１、１２に開口するように、貫通孔３ａ、３ｂを形成した。そして、貫通孔３ａ、３ｂの各々が溶接線Ｌを中心として対称の貫通孔３を形成するように、各々の鋼板１の開先面１１、１２を突合せ溶接し、鋼板溶接継手２を形成することにより、鋼板１同士を接合した。【００５６】
次に、下記表１に示す化学成分並びに表２に示す鋼特性及び形状とされた鋼板からなるアレスタ部材５を、鋼板１を貫通するように貫通孔３の内部に挿入した。そして、アレスタ部材５の外縁部５１、５２、横縁部５３、５４並びに下縁部５５を、鋼板１において貫通孔３によって露出した溶接端に対して突合せ溶接してアレスタ溶接継手６を形成することで、アレスタ部材５と鋼板１とを接合した。
以上の手順により、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において対称となるように、アレスタ部材５とアレスタ溶接継手とからなる耐き裂制御部を形成した。【００５７】
また、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、下縁部の位置が、鋼板１の下端から中心位置で１５００ｍｍとなる場所にアレスタ部材５を配した。また、図６（ｃ）に示すように、アレスタ部材５の上縁部５１、５２、横縁部５３、５４及び下縁部５５、並びに、鋼板１の貫通孔３内に露出する溶接端には、板厚方向中心を頂点として１３０°（水平ラインに対して２５°）となるように開先加工を施した。また、アレスタ部材５の各縁部と、鋼板１の貫通孔３内に露出する溶接端との間は、前記頂点において約３ｍｍのルート間隔を持たせた状態として溶接処理を行なった。【００５８】
なお、上記手順における鋼板１同士の突合せ溶接、及び、鋼板１とアレスタ部材５との突合せ溶接は、炭酸ガスアーク溶接（ＣＯ２溶接）によって行なうとともに、この際の溶接材料として、高Ｎｉ成分とされた溶接ワイヤを用いた。また、各溶接継手の形成箇所においては、新たなき裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を溶接金属で完全に充填するように溶接処理を行なった。
その後、各溶接継手を冷却することにより、図２に示すような溶接構造体（本発明例、比較例）を製造した。また、上記同様、各鋼板及びアレスタ部材を接合することにより、図４、５に示すような溶接構造体（本発明例、比較例）を製造した。【００５９】
［評価試験］
上記手順によって製造した溶接構造体について、以下のような評価試験を行った。
まず、図７（ａ）に示すような試験装置９０を準備するとともに、上記手順で作製した溶接構造体のサンプルの各々を適宜調整し、試験装置９０に取り付けた。ここで、図７（ｂ）、（ｃ）中に示す鋼板溶接継手２に設けたき裂発生部である窓枠８１は、楔をあてがって所定の応力を印加することで強制的に脆性き裂を発生させるためのものであり、切欠き状の先端部は０．２ｍｍ幅のスリット加工を施したものである。
次いで、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌと垂直方向に２６２Ｎ／ｍｍ２および３００Ｎ／ｍｍ２の引張応力を付与することにより、鋼板溶接継手２に脆性き裂を発生させた。そして、この脆性き裂を、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上で伝播させることにより、溶接構造体の耐脆性き裂伝播性を評価した。この際の雰囲気温度は−１０℃とした。【００６０】
そして、アレスタ溶接継手６に到達した後における脆性き裂の伝播方向及び停止位置を調査し、亀裂の伝播、停止の形態が、図１のｂ〜ｄに対応する以下に示す３段階［ｂ］〜［ｄ］の何れに該当するか確認した。
［ｂ］…脆性き裂がアレスタ溶接継手に到達した後、アレスタ部材に突入し、直ちに停止した（図１−ｂの形態）。
［ｃ］…脆性き裂がアレスタ溶接継手に到達した後、このアレスタ溶接継手に沿って伝播し、次いで再び鋼板溶接継手に戻り、鋼板溶接継手を伝播した（図１−ｃの形態）。
［ｄ］…脆性き裂がアレスタ溶接継手に到達した後、このアレスタ溶接継手に進入し、さらにアレスタ部材を貫通した後、そのまま鋼板溶接継手を伝播した（図１−ｄの形態）。【００６１】
本実施例で用いた鋼板１の化学成分組成、鋼板製造条件及び母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ１．５）の一覧を表１に示す。また、鋼板１を突合せ溶接して鋼板溶接継手２を形成する際の溶接条件、及び、アレスタ部材５の鋼板特性と形状の一覧を、表２、４に示すとともに、アレスタ溶接継手６を形成する際の溶接条件、及び、脆性き裂の伝播の評価結果の一覧を表３、５に示す。【００６２】
【表１】
2012008056.tif 000003
【００６３】
【表２】
2012008056.tif 000004
【表３】
2012008056.tif 000005
【００６４】
【表４】
2012008056.tif 000006
【表５】
2012008056.tif 000007
【００６５】
［評価結果］
表２〜５に示す本発明例１〜１５および２１〜３１は、図２に示す第１の実施形態の溶接構造体Ａに関する例であり、本発明例１６〜１８は、図４に示す第２の実施形態の溶接構造体Ｂ、本発明例１９、２０は、図５に示す第３の実施形態の溶接構造体Ｃに関する例である。
また、表４、５に示す比較例１〜８は、図２に示す溶接構造体Ａと同様の構造を有する例であり、比較例９〜１２は、図４に示す溶接構造体Ｂと同様の構造を有する例である。【００６６】
上記各例において、本発明例１〜８、１２〜１６、１８〜３１、並びに比較例１〜９、１２は、図２や図４に示すように、平面視略四角形のアレスタ部材を、外縁部の鋼板溶接継手の長手方向に対する角度が９０°となるように溶接構造体を製造した例である。
また、本発明例９〜１１、１７並びに比較例１０、１１は、平面視略四角形のアレスタ部材を、外縁部の鋼板溶接継手の長手方向に対する角度が表２に示す所定の角度となるように、直線状とされた上縁部が横縁部に対して傾斜するように形成したものである。これらの例のうち、本発明例９〜１１、１７並びに比較例１０、１１は、アレスタ部材の横縁部５３、５４も傾斜させて、アレスタ部材を全体として台形状に形成した例である。
なお、発明例１４は、き裂が下方から進展した場合の例であるが、他の例は、き裂が上方から進展した場合の例である。【００６７】
表４、５に示すように、本発明に係る溶接構造体（本発明例１〜３１）は、脆性き裂を、全てアレスタ部材で停止することができた（上記［ｂ］の形態）。これにより、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが確認できた。【００６８】
ここで、本発明例１２、１３は、何れも、アレスタ部材の板厚が鋼板の母材及び溶接継手の厚さよりも大きな例であるが、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が、アレスタ部材溶接継手に到達した後にアレスタ部材に突入し、アレスタ部材で直ちに停止し、所定の耐脆性き裂伝播性を発揮することができた。
また、本発明例１０、１１、２２、２３は、何れも、アレスタ部材の板厚が鋼板の母材及び溶接継手の厚さよりも小さな例であるが、上記同様、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が、アレスタ部材で直ちに停止し、所定の耐脆性き裂伝播性を発揮することができた。
また、本発明例４、１５は、アレスタ部材の高さＨが（１）式で規定される下限値であるが、アレスタ部材の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ２値が−側に高いので、き裂の伝播をアレスタ部材で停止できた。【００６９】
これに対し、比較例１〜１２の溶接構造体では、アレスタ部材の鋼板特性又は形状の何れかが本発明の規定を満たしていないため、耐脆性き裂の伝播の形態が上記［ｃ］あるいは［ｄ］となり、表５に示すように脆性き裂の伝播を停止できなかった。
比較例１、５の溶接構造体は、アレスタ部材の高さＨが不充分であるため、比較例２、はアレスタ部材の板厚ｔが不充分であるため、比較例４は高さＨと板厚ｔが不充分であるため、それぞれ、脆性き裂がアレスタ溶接継手及びアレスタ部材に突入した後、再び鋼板溶接継手を伝播し、脆性き裂を停止できず、［ｄ］となった例である。
また、比較例３は、アレスタ部材の板厚ｔと高さＨが不充分であるとともに、アレスタ部材のＫｃａ特性が不充分であり、上記同様、アレスタ部材で脆性き裂を停止することができず、［ｄ］となった例である。
また、比較例６、９は、アレスタ部材の横幅Ｗが不適であるため、アレスタ溶接継手に沿って脆性き裂が迂回し、そのまま鋼板溶接継手を伝播し、［ｃ］となった例である。
また、比較例７、１２は、アレスタ部材のＫｃａ特性が不充分であったため、上記同様、アレスタ部材で脆性き裂を停止することができず、［ｄ］となった例である。
また、比較例８は、アレスタ部材のＫｃａ特性が不充分であったため、上記同様、アレスタ部材で脆性き裂を停止することができず、［ｄ］となった例である。
また、比較例１０、１１は、何れも、アレスタ部材の外縁部の鋼板溶接継手の長手方向に対する角度が本発明の規定範囲外であり、アレスタ部材に脆性き裂を導入することができず、アレスタ溶接継手を迂回した後、そのまま鋼板溶接継手を伝播したため、脆性き裂を停止することができず、［ｃ］となった例である。【００７０】
以上の結果により、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが明らかである。
【符号の説明】
【００７１】
Ａ、Ｂ、Ｃ  溶接構造体
１、１０、１０Ａ  鋼板
２、２０、２０Ａ  鋼板溶接継手
３、３ａ、３ｂ  貫通孔
４  耐き裂制御部
５  アレスタ部材
５１、５２  上縁部
５５  下縁部
６、６０  アレスタ溶接継手
２５、２６、３５、３６  小鋼板溶接継手
２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４  小鋼板
７０  船舶構造体
Ｌ  溶接線
【図１】
2012008056.tif 000008
【図２】
2012008056.tif 000009
【図３】
2012008056.tif 000010
【図４】
2012008056.tif 000011
【図５】
2012008056.tif 000012
【図６】
2012008056.tif 000013
【図７】
2012008056.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月2日(2011.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継手に脆性き裂が発生した場合に、脆性き裂の伝播を制御、抑制する耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体に関する。
特に、厚鋼板を用いて溶接を適用した溶接構造物の溶接継手において脆性き裂が発生した場合でも、その伝播を制御、抑制して安全性を向上させることができる耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型コンテナ船やバルクキャリア等の船舶用溶接構造体、建築構造物、土木鋼構造物に代表される溶接構造体においては、脆性き裂等の破壊に対する高い安全性が求められるようになっている。特に、コンテナ船は大型化が顕著であり、例えば、６０００ＴＥＵ以上の大型コンテナ船が製造されるようになり、船殻外板の鋼板が厚肉化並びに高強度化し、板厚７０ｍｍ以上で降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼板が用いられるようになっている。
ここで、ＴＥＵ（Ｔｗｅｎｔｙ  ｆｅｅｔ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）とは、長さ２０フィートのコンテナに換算した個数を表し、コンテナ船の積載能力の指標を示している。
このような大型コンテナ船は、積載能力や荷役効率の向上のため、仕切り壁を無くして上部開口部を大きく確保した構造とされており、特に、船殻外板や内板の強度を確保する必要があるため、上記のような高強度鋼板が用いられている。
【０００３】
上述のような溶接構造物を建造する際、建造コストの低減や建造効率向上を目的として、大入熱溶接（例えば、エレクトロガスアーク溶接）が広く適用されている。小さな入熱量の適用による多層盛溶接では、特に、鋼板の板厚が増すほど溶接工数が著しく増加するため、極限まで大入熱で溶接を行なうことが要求される。
しかしながら、鋼板の溶接に大入熱溶接を適用した場合、溶接熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の靭性が低下し、ＨＡＺの幅も増大するため、脆性破壊に対する破壊靭性値が低下する傾向にある。
【０００４】
このため、溶接継手において脆性き裂が発生するのを抑制するとともに、脆性き裂の伝播停止（アレスト）を達成することを目的として、耐脆性破壊特性に優れたＴＭＣＰ鋼板（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：熱加工制御）が提案されている。上記ＴＭＣＰ鋼板を用いることにより、脆性破壊発生に対する抵抗値である破壊靭性値が向上するため、通常の使用環境では、構造物が脆性破壊する可能性は極めて低くなる。
しかしながら、地震や構造物同士の衝突の事故や災害等の際に、万が一、脆性破壊が生じると、脆性き裂がＨＡＺを伝播して大きな破壊が生じるおそれがある。
【０００５】
例えば、コンテナ船等に代表される溶接構造体では、板厚５０ｍｍ程度のＴＭＣＰ鋼板等が使用され、万が一、溶接継手で脆性き裂が発生しても、溶接残留応力によって脆性き裂が溶接部から母材側に逸れるので、母材のアレスト性能を確保すれば、脆性き裂を母材で停止できると考えられていた。また、６０００ＴＥＵを超える大型コンテナ船等、さらに大型の溶接構造体においては、より大きな板厚の鋼板が必要となり、さらに、構造を簡素化するうえで鋼板の厚肉化が有効であることから、設計応力が高い高張力鋼の厚鋼板を用いることが求められていた。
しかしながら、このような厚鋼板を用いた場合、ＨＡＺの破壊靭性の程度によっては、脆性き裂が母材に逸れること無くＨＡＺに沿って伝播し続け、溶接構造物に大きな破壊をもたらすおそれがある。
【０００６】
上記問題を解決するため、突合せ溶接継手の一部に補修溶接（継手の一部分に対してはつりを行い、その箇所に埋め戻し溶接する）を施し、ＨＡＺに沿って伝播する脆性き裂を母材側に逸らせる構成とされた溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１の溶接構造体では、母材の破壊靭性が非常に優れている場合には有効であるが、母材の破壊靭性が不充分な場合には、母材側に逸れた脆性き裂が長く伝播し、構造物としての強度が著しく低下するおそれがある。また、埋め戻し溶接部のボリュームが大きめとなり、工程時間が長くなるとともに、製造コストも増大するという問題がある。
【０００７】
また、溶接継手に発生する脆性き裂の伝播を停止させたい領域に、板状のアレスタ部材が溶接線と交差するように貫通して溶接され、アレスタ材として、表面や裏面の板厚比２％以上の厚みの表層域における集合組織が適正化されたものを用いる溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献２）。
しかしながら、特許文献２に記載の溶接構造体を大型建造物に適用した場合、例えば、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ部材を鋼板に溶接する溶接継手を伝播してアレスタ部材に突入し、そのままアレスタ部材の内部を伝播した後、再び溶接継手を伝播するおそれがある。一方、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ部材及び該アレスタ部材を鋼板に溶接する溶接継手の位置で母材側に逸れた場合には、上記同様、母材の破壊靭性が不充分だと脆性き裂が長く伝播し、溶接構造物としての強度が著しく低下するという問題も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１３１７０８号公報
【特許文献２】特開２００７−０９８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能な、耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、溶接構造体の溶接継手に発生した脆性き裂が、溶接継手や母材を伝播するのを防止するため、溶接継手の途中に、特許文献２のような脆性き裂の伝播を制御するアレスタ部材を設ける場合について鋭意研究した。
この結果、アレスタ部材の形状や材質特性を適正化することにより、溶接継手及び母材における脆性き裂の伝播を抑制し、溶接構造体に大規模な破壊が発生するのを防止できることを見出し、次のような基本形態を見出した。
【００１１】
［Ａ］  鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止する耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入されたアレスタ部材、及び、該アレスタ部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたアレスタ溶接継手を有しており、
前記アレスタ部材は、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足し、かつ、アレスタ部材の外縁部は、前記鋼板溶接継手の長手方向前後において、前記長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で前記鋼板溶接継手と交差するように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
２Ｔ  ≦  Ｈ            ・・・・・  （１）
３．２ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ      ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
【００１２】
［Ｂ］  前記アレスタ溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、ｖＴｒＳ３  ≦ｖＴｒＳ１＋２０で表される関係を満たすこと、を特徴とする上記［Ａ］に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
［Ｃ］  前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする上記［Ａ］又は［Ｂ］に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
【００１３】
そして、その基本形態を長手配列溶接継手が形成され溶接構造体に適用して、本発明を完成した。即ち、本発明の要旨は、請求の範囲に記載した以下の内容に関する。
［１］  鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止する耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入されたアレスタ部材、及び、該アレスタ部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたアレスタ溶接継手を有しており、
前記アレスタ部材の外縁部は、前記鋼板溶接継手の長手方向前後において、該長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で前記鋼板溶接継手と交差するように形成されており、前記アレスタ部材の前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、前記鋼板溶接継手の長手方向と直角な方向の最大幅で表される横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足し、
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手が形成されており、前記耐き裂制御部は、前記鋼板溶接継手と交差する一方の外縁部に形成される前記アレスタ溶接継手が前記長手配列鋼板溶接継手に接するように設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
２Ｔ  ≦  Ｈ            ・・・・・  （１）
３．２ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ      ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
［２］  鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止する耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入されたアレスタ部材、及び、該アレスタ部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたアレスタ溶接継手を有しており、
前記アレスタ部材の外縁部は、前記鋼板溶接継手の長手方向前後において、該長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で前記鋼板溶接継手と交差するように形成されており、前記アレスタ部材の前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、前記鋼板溶接継手の長手方向と直角な方向の最大幅で表される横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足し、
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手が形成されており、前記耐き裂制御部は、アレスタ部材の前記鋼板溶接継手と交差する一方の外縁部に形成される前記アレスタ溶接継手が前記長手配列鋼板溶接継手を含むように設けられ、さらに、前記長手配列鋼板溶接継手をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ４（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、ｖＴｒＳ４  ≦  ｖＴｒＳ１＋２０で表される関係を満たすこと、を特徴とする耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
２Ｔ  ≦  Ｈ            ・・・・・  （１）
３．２ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ      ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
［３］  前記アレスタ溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、ｖＴｒＳ３  ≦ｖＴｒＳ１＋２０で表される関係を満たすこと、を特徴とする上記［１］に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
［４］  前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
【００１４】
なお、本発明では、溶接金属部と溶接熱影響部を含む部分を溶接継手と定義する。また、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは、当該溶接構造体が使用される温度、あるいは設計温度における数値である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の溶接構造体によれば、溶接継手の少なくとも一箇所に、アレスタ部材とそれと母材鋼板との間に形成されるアレスタ溶接継手とを有する耐き裂制御部が設けられているので、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、溶接継手を伝播する脆性き裂を、耐き裂制御部によって鋼板母材のアレスト性能の高い部位にそらしたり、あるいは耐き裂制御部で阻止することができ、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制できる。従って、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能な溶接構造体を、高い生産効率及び低コストで得ることができる。
このような本発明に係る溶接構造体が、大型船舶をはじめ、建築構造物や土木鋼構造物等の各種溶接構造物に使用されることで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々が同時に満たされことから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を説明する模式図であり、ａは、鋼板同士が溶接されて形成された鋼板溶接継手の一部に、アレスタ部材及びアレスタ溶接継手からなる耐き裂制御部が設けられた状態を示し、ｂ〜ｄは、脆性き裂の進展状況を示す。
【図２】本発明に係る溶接構造体に類似する参考例を説明する模式図であり、鋼板溶接継手の一部に、アレスタ部材及びアレスタ溶接継手からなる耐き裂制御部が設けられた状態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る溶接構造体を船舶用溶接構造体に適用した場合について説明する概略図である。
【図４】本発明に係る溶接構造体の一例を説明する図２と同様の図である。
【図５】本発明に係る溶接構造体の他の例を説明する図２と同様の図である。
【図６】本発明の実施例で用いる溶接継手試験体の製作方法について説明する図である。
【図７】本発明の実施例における耐脆性き裂伝播性を評価するための引張試験方法について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
従来、鋼板溶接継手において発生した脆性き裂は、主として、鋼板溶接継手の長手方向を伝播する。このため、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が起点となり、溶接構造体全体に大きな破壊が生じるおそれがあるという問題があった。
本発明者等は、上述のような脆性き裂の伝播方向を効果的に制御し、溶接構造体においてき裂が伝播するのを抑制するためには、上記従来技術において、さらにアレスタ部材の形状や材質を適正化することが重要であることを知見した。
本発明の基本原理について図１を用いて説明する。
【００１９】
本発明では、鋼板１、１を突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２の途中に、耐き裂制御部４を設けて鋼板溶接継手２を分断する。耐き裂制御部４は、高い脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａを有する鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴３に挿入されたアレスタ部材５と、該アレスタ部材５が鋼板１に対して突合せ溶接されることで形成されるアレスタ溶接継手６とからなる。この耐き裂制御部４を設けることで、鋼板溶接継手２に発生した脆性き裂の伝播を次のように停止させる。
【００２０】
鋼板溶接継手２の長手方向の一方側で発生した脆性き裂ＣＲは、鋼板１と鋼板溶接継手２の境界（あるいは鋼板母材の熱影響部）に沿って伝播する。アレスタ溶接継手６に達したき裂ＣＲは、アレスタ溶接継手６に突入し、次いでアレスタ部材５に突入するが、アレスタ部材はＫｃａが高い鋼材から形成されているので、アレスタ部材５内部でき裂ＣＲの進展を停止することができる。
逆に、アレスタ部材５のＫｃａが低い場合やアレスタ部材の高さや板厚などが十分でない場合などでは、図１−ｃのように、き裂がアレスタ溶接継手にジャンプして、鋼板溶接継手に再び戻ったり、図１−ｄのように、き裂がアレスタ部材５を貫通したりすることもあり得る。
【００２１】
本発明は、このような基本原理の下で、脆性き裂の進展を阻止する母材鋼板の条件、脆性き裂の進展を制御するアレスタ部材やアレスタ溶接継手の条件などについてさらに検討してなされたものであり、以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
［第１の実施形態（基本形態）］
＜全体の構成＞
第１の実施形態は、図２に示すように、鋼板１、１を突合せ溶接することで鋼板溶接継手２が形成されている場合の例であり、以下、この継手に適用した形態を溶接構造体Ａと呼称して説明する。
溶接構造体Ａにおいては、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予想される鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、耐き裂制御部４が設けられる。
耐き裂制御部４は、鋼板１を貫通するように設けられ、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の鋼材からなるアレスタ部材５と、該アレスタ部材５が鋼板１に対して突合せ溶接されることで形成されるアレスタ溶接継手６とからなっている。
アレスタ部材５は、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌと交わる交点５ａからそれぞれ鋼板内部に向かって延在する外縁部５０（５１、５２）が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で傾斜又は直交するように形成される。
図２に示す溶接構造体Ａでは、アレスタ部材５が、外縁部５１、５２の鋼板溶接継手２の長手方向に対する角度が９０°とされることで、外縁部５１、５２が鋼板溶接継手２に対して共に直交し、平面視略四角形の長方形に形成されている。
【００２３】
＜鋼板＞
溶接構造体に用いられる鋼板１としては、船舶用溶接構造体、建築構造物及び土木鋼構造物等の分野において、従来公知の鋼板特性を備えるものを使用することができる。
例えば、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００１〜０．０２％を含有する組成を基本とし、この組成に、求められる性能に応じて、さらに、Ｎ：０．００１〜０．００８％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００３〜０．０５％、Ｃａ：０．０００１〜０．００３％、Ｍｇ：０．００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１８％、Ｎｉ：０．０１〜５．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、ＲＥＭ：：０．０００５〜０．００５％の１種または２種以上を含有させ、残部はＦｅ及び不可避不純物によって構成される鋼があげられる。
特に、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の鋼板としては、特開２００７−３０２９９３号公報や、特開２００８−２４８３８２号公報などに示されるような組成の厚鋼板が好適に使用できる。
【００２４】
図２に示すように、溶接構造体Ａでは、鋼板１、１が突合せ溶接されることにより、鋼板溶接継手２が形成される。また、この鋼板溶接継手２によって接合される鋼板１の各々には、詳細を後述するアレスタ部材５を貫通させて設けるための貫通孔３が、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として、鋼板１の各々において対称となるように設けられている。
【００２５】
鋼板１の板厚は、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。鋼板１の板厚がこの範囲であれば、溶接構造体としての鋼板強度を確保することができるとともに、優れた耐脆性き裂伝播性を得ることが可能となる。特に、４０ｍｍ以上の鋼板を用いた溶接構造体では、脆性き裂の伝播を止めるための有効な手段がなく、板厚４０ｍｍ以上、より好ましくは５０ｍｍ以上で、１００ｍｍ以下の鋼板を用いた溶接構造体において、より効果的に実施される。
【００２６】
＜アレスタ部材＞
アレスタ部材５は、図２に示すように、鋼板溶接継手２によって接合される鋼板１の各々に形成された貫通孔３に、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において対称となるように配置される。また、アレスタ部材５は、鋼板１に形成された貫通孔３内に露出する溶接端に対して突合せ溶接されることで形成されるアレスタ溶接継手６とともに、耐き裂制御部４を構成する。
アレスタ部材５は、上述したような耐き裂制御部４を構成することにより、鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合でも、鋼板溶接継手の途中に設けられた耐き裂制御部のアレスタ部材５内部で、き裂の伝播を停止させ、鋼板溶接継手２を貫くようにき裂が伝播して互いに溶接された鋼板１同士が分断するのを防止するものである。
【００２７】
アレスタ部材５は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の鋼材から構成される。また、図２に示す例のアレスタ部材５は、溶接線Ｌとの交点５ａからそれぞれの鋼板内部に向かって延在する外縁部５１、５２が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度θで傾斜又は直交するように形成されている。
また、図示例のアレスタ部材５は、外縁部５１、５２の鋼板溶接継手２の長手方向に対する角度が９０°とされることで、外縁部５１、５２が鋼板溶接継手２に対して共に直交し、直線状に連なって形成されている。そして、外縁部５１、５２の後端５１ａ、５２ａに横縁部５３、５４が各々連なるように形成されるとともに、これら横縁部５３、５４の他端側には下縁部５５が形成され、平面視略四角形の長方形に構成されている。
この形状であれば、図１（ｂ）に示されているように、溶接継手の上下どちらの方向から脆性き裂が伝播してきても、同様の効果を発揮することができる。
【００２８】
アレスタ部材５は、上述のように、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上の交点５ａを通る外縁部５１、５２が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度θで傾斜又は直交することが好ましい。
外縁部５１、５２の鋼板溶接継手２の長手方向に対する角度θを上記範囲とし、外縁部５１、５２が鋼板溶接継手２に対して傾斜又は直交するように形成することにより、仮に、鋼板溶接継手２を伝播する脆性き裂が生じた場合でも、このき裂を確実にアレスタ部材５に導入し、アレスタ部材内部で脆性き裂の進展を効果的に停止させ、溶接構造体Ａに大規模な破壊が生じるのを防止することができる。
【００２９】
鋼板溶接継手の長手方向に対するアレスタ部材の外縁部の角度が６０°未満の場合は、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂が鋼板の母材側に逸れてしまい、アレスタ部材に脆性き裂を導入するように制御するのが困難になる可能性がある。このため、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂がアレスタ溶接継手に沿って進行し、き裂の伝播が停止し難くなるおそれがある。
また、鋼板溶接継手と交差するアレスタ部材の外縁部を直線的に形成した場合、一方の鋼板側の鋼板溶接継手の長手方向に対する角度が１２０°を超えるとなると、他方の鋼板側の角度が６０°未満となり、上記同様、脆性き裂がアレスタ部材に突入することなくアレスタ溶接継手に沿って進行し、き裂の伝播が停止し難くなるおそれがある。
脆性き裂をアレスタ部材により確実に導くためには、外縁部の角度θの好ましい範囲は、７５°以上１０５°以下であり、より好ましい範囲は８５°以上９５°以下である。
【００３０】
アレスタ部材５の材質としては、上述のような脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の特性を有する鋼板であれば、その化学成分組成や製造方法、組織等は特に限定されず、適宜採用することが可能である。このような鋼板を用いることにより、仮に鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合であっても、このき裂の伝播をアレスタ部材内部で効果的に停止させることが可能となる。
なお、アレスタ部材として、靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ２（℃）値がより低い、靭性の高い鋼材を使用すれば、き裂の伝播を停止する効果をより高めることができる。
【００３１】
溶接構造体Ａに用いられるアレスタ部材５は、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足することが必要である。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
３ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ  ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
なお、アレスタ部材の高さＨと横幅Ｗは、アレスタ溶接継手の溶接金属部の中点を基準とする。また、外縁部の角度θが９０°でない場合、アレスタ部材の高さＨは、アレスタ溶接継手と鋼板溶接継手の交差する箇所の間の距離であり、横幅Ｗは鋼板溶接継手に直角な方向の最大幅である。
【００３２】
本発明者らは、アレスタ部材の形状、寸法をさまざまに変えて溶接構造体の破壊試験を繰り返し実施した。その結果、脆性き裂が鋼板溶接継手や鋼板母材を長距離にわたって伝播するのを防止するのに効果のある上記関係を得た。
【００３３】
（１）式は、き裂の進展を停止させる効果について、アレスタ部材５の高さＨと鋼板１の板厚Ｔに相関関係があることを示している。
進展してきたき裂のエネルギーは、鋼板板厚Ｔに比例しており、そのエネルギーに応じたアレスタ部材５の高さ寸法Ｈが必要であることから、上記（１）式を規定した。Ｈの上限値は設けていないが、実施時には、溶接継手２の寸法に収まる範囲に自ずと規定される。
【００３４】
（２）式は、き裂を停止させる効果について．アレスタ部材５の幅Ｗと鋼板溶接継手における溶接金属部の幅ｄに相関関係があることを示している。
本発明では、鋼板溶接継手２に沿って伝播してくる脆性き裂ＣＲを、アレスタ部材５に突入させ停止させるようにする。このとき、アレスタ部材の横幅Ｗが十分でない場合には、脆性き裂がアレスタ材の後端５１ａ、５２ａで再発生し，脆性き裂を伝播させる主応力方向に垂直、あるいは垂直に近い角度を有する横縁部５３、５４に沿って伝播することがあることを大型破壊試験で確認済みである。種々の実験の結果、脆性き裂は、溶接継手の幅ｄ程度の距離をジャンプすることを知見しており、少なくとも溶接継手ｄの３倍の領域は脆性き裂がジャンプする可能性がある。また、伝播中の脆性き裂先端の応力場を解析した結果、負荷応力が３００Ｎ／ｍｍ２程度である場合、応力の高い領域が±２５ｍｍ程度であることも知見している。そこで、横幅Ｗの必要下限値を３ｄ＋５０ｍｍと設定し、大型破壊試験を実施した結果、脆性き裂がアレスタ材の後端５１ａ、５２ａで再発生することはなく、所定の効果が得られることを確認した。以上のことから、上記（２）式を規定した。なお、Ｗの上限値は設けていないが、実施時には、溶接継手２の寸法に収まる範囲に自ずと規定される。
【００３５】
（３）式は、き裂を停止させる効果について、アレスタ部材５の板厚ｔと鋼板１の板厚Ｔに相関関係があることを示している。
アレスタ部材５の板厚ｔが、鋼板１の板厚の０．９０倍に比してより小さい場合、アレスタ部材５に突入したき裂をアレスタ部材５の内部で停止させることができない可能性が高くなる。これは進展してきたき裂のエネルギーは板厚Ｔに比例しているが、アレスタ部材５の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａがちょうど６０００Ｎ／ｍｍ１．５である場合、アレスタ部材５の板厚ｔが、鋼板１の板厚の０．９０倍に比してより小さい場合には、試験した鋼板板厚の範囲内では、アレスタ部材の内部にて、き裂を停止できなかった。
【００３６】
アレスタ部材５の各寸法値を上記関係とすることにより、鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合であっても、き裂の伝播をアレスタ部材５に導入し、このアレスタ部材５内部でき裂の進展を停止させることがより確実となる。
アレスタ部材の各寸法値の関係が、上記（１）〜（３）式で表される関係を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、き裂がアレスタ部材から逸れてしまったり、アレスタ部材５内部でき裂の進展を停止させることができなかったりする危険性がある。
脆性き裂の伝播をアレスタ部材内部でより確実に止めるためには、上記（１）式において、Ｈ／Ｔは、２．５以上が好ましく、３．０以上がより好ましい。さらに、アレスタ部材の高さＨは、２５０ｍｍ以上、または３００ｍｍ以上、さらには、４００ｍｍ以上がより好ましく、横幅Ｗは、２００ｍｍ以上、または２５０ｍｍ以上、さらには、３００ｍｍ以上がより好ましい。
【００３７】
また、溶接構造体Ａにおいては、アレスタ溶接継手６をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ３（℃）と、鋼板１の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次の（４）式、
ｖＴｒＳ３  ≦  ｖＴｒＳ１＋２０      ・・・・（４）
で表される関係を満たすことがより好ましい。
アレスタ溶接継手６をなす溶接金属部の靱性（ここでは脆性−延性破面遷移温度）と鋼板１の母材靱性との関係が上記関係式を満たすことにより、鋼板溶接継手２にき裂が生じた場合であっても、き裂の伝播方向をアレスタ部材５内部へ効果的に導入することが可能となる。この場合、アレスタ溶接継手６を形成する溶接金属の靱性を低くすることで、耐き裂制御部４により、鋼板溶接継手２で発生した脆性き裂の伝播方向を確実にアレスタ部材５へ導入する作用が効果的に得られる。
アレスタ溶接継手を形成する溶接金属部の靱性と鋼板の母材靱性との関係が上記関係式を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、このき裂が母材側に逸れ、アレスタ部材によるき裂停止効果が得られなくなる可能性があり、鋼板の母材特性によっては、脆性き裂を停止できない可能性がある。
【００３８】
なお、本基本形態に係る溶接構造体では、アレスタ部材５の形状は、図２に示すような、外縁部５１、５２が直線として形成されている例には限定されず、アレスタ部材５の溶接線Ｌとの交点５ａからそれぞれの鋼板内部に向かって延在する外縁部５１、５２が、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲内の角度であれば、所定の効果を発揮することが可能であり、適宜採用することが可能である。
また、本実施形態では、アレスタ部材５を１枚のみ用いて鋼板１に溶接した構成を説明しているが、これには限定されず、例えば、２枚以上のアレスタ部材を積層して使用することもでき、適宜採用することが可能である。
【００３９】
＜脆性き裂の伝播停止の制御＞
上記構成とされた溶接構造体Ａにおいて、鋼板溶接継手２に脆性き裂が発生した場合の、き裂の伝播を停止させる作用について、以下に説明する。
【００４０】
図２に示すように、鋼板溶接継手２の長手方向の一方側（図２における縦長方向の上方側）で発生した脆性き裂ＣＲは、鋼板溶接継手２における長手方向の他方側（図２における縦長方向の下方側）に向かって伝播を開始する（図２中の二点鎖線矢印を参照）。
この際、溶接構造体Ａでは、鋼板溶接継手２を長手方向で伝播した脆性き裂が、耐き裂制御部４をなすアレスタ溶接継手６に突入し、さらに、アレスタ部材５に突入する。ここで、アレスタ部材５は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上とされているので、突入したき裂を効果的に停止させることが可能となる。
【００４１】
上記作用により、溶接構造体Ａは、例え、鋼板溶接継手２において脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が鋼板溶接継手２や鋼板母材部１を広範囲にわたり伝播するのを抑制できるので、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能となる。
このような本実施形態の溶接構造体Ａを、例えば、大型船舶や建築構造物、土木鋼構造物等の各種溶接構造物に適用することで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々を同時に満たすことが可能となる。
【００４２】
耐き裂制御部が上記の機能を発揮するには、溶接構造体が破壊エネルギーにさらされた時にき裂の発生の可能性がある鋼板溶接継手を予測し、その溶接継手に１箇所あるいは複数箇所設けるのがよい。両方向からの進展が予測される鋼板溶接継手においては、外縁部５１、５２に対抗するもう一方の外縁部５５も、鋼板溶接継手２の長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲内の角度とする。
【００４３】
＜耐き裂制御部の作製方法＞
以下に、上述したような溶接構造体Ａにおいて、耐き裂制御部４を作製する方法の一例について説明する。
耐き裂制御部４は、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予測される鋼板溶接継手の途中に、少なくとも１箇所設けられる。
耐き裂制御部４を設けるためには、アレスタ部材５を配置するための貫通孔３を形成する。貫通孔の形成には、図６（ａ）に示すように、鋼板の段階で貫通孔となる部分を予め切り欠く方法、鋼板を溶接のために仮組みした状態で切り欠く方法、あるいは、鋼板を溶接した後に貫通孔を形成する方法などがあるが、いずれの方法であってもよい。既存の溶接構造体に貫通孔３を形成して本発明を適用することももちろん可能である。
【００４４】
鋼板の溶接前に貫通孔３を形成する場合には、まず、鋼板１の開先面１１、１２に開口するように、鋼板を切り欠いて貫通孔３（３ａ、３ｂ）を形成する。次いで、貫通孔３ａ、３ｂとなる部分を残して、各々の鋼板１の開先面１１、１２に対し突合せ溶接することにより、鋼板溶接継手２を形成する。
次いで、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の鋼材からなるアレスタ部材５を、形成された貫通孔３に挿入する。次いで、アレスタ部材５の外縁部５１、５２、並びに下縁部５３を、それと対向する、鋼板の露出した開先面に対してそれぞれ突合せ溶接することでアレスタ溶接継手６を形成する。このような手順により、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において対称となるように、アレスタ部材５とアレスタ溶接継手６とからなる耐き裂制御部４を形成する。
【００４５】
鋼板溶接継手及びアレスタ溶接継手の突合せ溶接にあたり、溶接方法及び溶接材料については、特に限定されない。しかしながら、アレスタ溶接継手６自体の耐破壊靱性を高めるため、例えば、溶接方法として、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）や炭酸ガスアーク溶接（ＣＯ２溶接）を採用し、また、溶接材料となるワイヤの成分を高Ｎｉとすることが好ましい。
また、脆性き裂伝播を可能な限り抑制し、さらに、鋼板溶接継手２及びアレスタ溶接継手６において新たな疲労き裂や脆性き裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を、溶接欠陥の無いように、溶接金属で完全に充填することが好ましい。
上記手順により、図２に示すような、本実施形態の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体Ａを製造することができる。
【００４６】
＜溶接構造体を適用した船舶構造体の一例＞
上述した溶接構造体Ａを適用した船舶構造体の一例を図３の概略図に示す。
図３に示すように、船舶構造体７０は、骨材（補強材）７１、デッキプレート（水平部材）７２、船殻内板（垂直部材）７３、船殻外板７４を備えて概略構成される。また、図示例の船舶構造体７０は、船殻内板７３をなす複数の鋼板１同士を突合せ溶接することで形成される鋼板溶接継手（図３中では図示略）の長手方向の一部に耐き裂制御部４が設けられることで、本実施形態の溶接構造体Ａを具備する構造とされている。
上記構成の船舶構造体７０によれば、本実施形態の溶接構造体Ａの構成を適用することにより、例え、鋼板溶接継手を伝播する脆性き裂が発生した場合であっても、耐き裂制御部４により、き裂の伝播方向を効果的に制御できる。これにより、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂を安定的に停止させることができ、船殻内板７３、ひいては船舶構造体７０に大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００４７】
［第２の実施形態］
以下、本発明の実施形態である溶接構造体Ｂについて、主に図４を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上述の第１の実施形態の溶接構造体Ａと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
溶接構造体Ｂは、耐き裂制御部が設けられる鋼板溶接継手を形成する突合せ溶接で被溶接対象となる鋼板が、その突合せ溶接の長手方向で複数の鋼板を配列し突合せ溶接して形成された鋼板である場合の例である。
すなわち、図４に示すように、鋼板１０が、鋼板溶接継手２０の長手方向で配列される少なくとも２以上の長手配列鋼板（図４中の符号２１〜２４を参照）を突合せ溶接して形成され、この鋼板１０、１０を突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２０に、耐き裂制御部４が設けられる。
長手配列鋼板２１、２２の間には、突合せ溶接により、長手配列鋼板溶接継手２５、２６が形成されており、アレスタ部材５における一方の下縁部５５側に形成されるアレスタ溶接継手６は、この長手配列鋼板溶接継手２５、２６に接して設けられている。
このため、溶接構造体Ｂでは、前記鋼板溶接継手と交差するように形成されたアレスタ部材５の一方の外縁部である下縁部５５は、長手配列鋼板溶接継手２５、２６の形状に沿った同じ形状とされる。
このように、鋼板溶接継手の途中に鋼板溶接継手に交差する溶接継手２５、２６がある点で、溶接構造体Ｂは上述の第１の実施形態の溶接構造体Ａとは異なっている。
【００４９】
溶接構造体Ｂによれば、上述の溶接構造体Ａと同様、鋼板溶接継手２０に脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂ＣＲを、アレスタ溶接継手６を介してアレスタ部材５に確実に突入させることができる（図４中の二点鎖線矢印を参照）。そして、アレスタ部材５に突入した脆性き裂ＣＲは、アレスタ部材５内で確実に停止するので、鋼板溶接継手２０が破断せず、また、溶接構造体Ｂに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００５０】
［第３の実施形態］
以下、本発明の別の実施形態である溶接構造体Ｃについて、主に図５を参照しながら、先の実施形態と共通する部分は省略して説明する。
溶接構造体Ｃも、溶接構造体Ｂと同様に、突合せ溶接される鋼板が、複数の長手配列鋼板を突合せ溶接されて形成されている場合の例であり、図５に示すように、鋼板１０Ａが、鋼板溶接継手２０Ａの長手方向で配列される少なくとも２以上の長手配列鋼板（図５中の符号３１〜３４を参照）を突合せ溶接して形成され、この鋼板１０Ａ、１０Ａを突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手２０Ａに、耐き裂制御部４が設けられる。
溶接構造体Ｃでは、図示のように、長手配列鋼板を突合せ溶接して形成された長手配列鋼板溶接継手３５、３６が、耐き裂制御部４を構成するアレスタ部材５の下縁部５５側に形成されるアレスタ溶接継手を含む構成とされている。
また、図示の溶接構造体Ｃでは、長手配列鋼板溶接継手３５、３６が連なって直線状に形成されている。
【００５１】
溶接構造体Ｃによれば、上述の溶接構造体Ａ、Ｂと同様、鋼板溶接継手２０Ａに脆性き裂が発生した場合でも、アレスタ部材５の上縁部５１、５２に沿って形成されるアレスタ溶接継手６０を介して、脆性き裂ＣＲを確実にアレスタ部材５に突入させることができる（図５中の二点鎖線矢印を参照）。
そして、アレスタ部材５に突入した脆性き裂ＣＲは、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａの高い鋼材からなるアレスタ部材５において直ちに停止するので、溶接構造体Ｃに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００５２】
また、溶接構造体Ｃでは、長手配列鋼板溶接継手３５、３６をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ４（℃）と、鋼板１０Ａの母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次の（５）式
ｖＴｒＳ４  ≦  ｖＴｒＳ１＋２０    ・・・（５）
で表される関係を満たす構成とされている。
これにより、例えば、図５中における下側の方向から脆性き裂が溶接継手２０Ａを伝播してきた場合でも、この脆性き裂が溶接継手３５又は溶接継手３６を伝播してアレスタ部材５に突入し易くなるので、このアレスタ部材５によって脆性き裂を停止させることが可能となる。
【００５３】
以下、本発明に係る耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００５４】
［溶接構造体の製造］
まず、製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表１に示す化学成分の鋳塊を作製した。そして、日本海事協会（ＮＫ）規格船体用圧延鋼材ＫＡ３２、ＫＡ３６、ＫＡ４０の規格に準じた製造条件で、前記鋳塊を再加熱して熱間圧延することで、種々の板厚の鋼板を製造した。さらに、この鋼板に対して各種熱処理を施すとともに、この際の条件を制御することにより、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ1.5）が種々の値になるように適宜調整した。
製造した鋼板から、試験片のサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×板厚のＥＳＳＯ試験（脆性き裂伝播停止試験）片を適宜採取し、−１０℃におけるＫｃａ特性を評価・確認するとともに、鋼板の脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）を測定した。表１にＫｃａ特性及びｖＴｒＳ１を合わせて示した。
【００５５】
次に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼板１の開先面１１、１２に開口するように、貫通孔３ａ、３ｂを形成した。そして、貫通孔３ａ、３ｂの各々が溶接線Ｌを中心として対称の貫通孔３を形成するように、各々の鋼板１の開先面１１、１２を突合せ溶接し、鋼板溶接継手２を形成することにより、鋼板１同士を接合した。
【００５６】
次に、下記表１に示す化学成分並びに表２に示す鋼特性及び形状とされた鋼板からなるアレスタ部材５を、鋼板１を貫通するように貫通孔３の内部に挿入した。そして、アレスタ部材５の外縁部５１、５２、横縁部５３、５４並びに下縁部５５を、鋼板１において貫通孔３によって露出した溶接端に対して突合せ溶接してアレスタ溶接継手６を形成することで、アレスタ部材５と鋼板１とを接合した。
以上の手順により、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌを中心として鋼板１の各々において対称となるように、アレスタ部材５とアレスタ溶接継手とからなる耐き裂制御部を形成した。
【００５７】
また、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、下縁部の位置が、鋼板１の下端から中心位置で１５００ｍｍとなる場所にアレスタ部材５を配した。また、図６（ｃ）に示すように、アレスタ部材５の上縁部５１、５２、横縁部５３、５４及び下縁部５５、並びに、鋼板１の貫通孔３内に露出する溶接端には、板厚方向中心を頂点として１３０°（水平ラインに対して２５°）となるように開先加工を施した。また、アレスタ部材５の各縁部と、鋼板１の貫通孔３内に露出する溶接端との間は、前記頂点において約３ｍｍのルート間隔を持たせた状態として溶接処理を行なった。
【００５８】
なお、上記手順における鋼板１同士の突合せ溶接、及び、鋼板１とアレスタ部材５との突合せ溶接は、炭酸ガスアーク溶接（ＣＯ２溶接）によって行なうとともに、この際の溶接材料として、高Ｎｉ成分とされた溶接ワイヤを用いた。また、各溶接継手の形成箇所においては、新たなき裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を溶接金属で完全に充填するように溶接処理を行なった。
その後、各溶接継手を冷却することにより、図２に示すような溶接構造体（本発明例、参考例、比較例）を製造した。また、上記同様、各鋼板及びアレスタ部材を接合することにより、図４、５に示すような溶接構造体（本発明例、参考例、比較例）を製造した。
【００５９】
［評価試験］
上記手順によって製造した溶接構造体について、以下のような評価試験を行った。
まず、図７（ａ）に示すような試験装置９０を準備するとともに、上記手順で作製した溶接構造体のサンプルの各々を適宜調整し、試験装置９０に取り付けた。ここで、図７（ｂ）、（ｃ）中に示す鋼板溶接継手２に設けたき裂発生部である窓枠８１は、楔をあてがって所定の応力を印加することで強制的に脆性き裂を発生させるためのものであり、切欠き状の先端部は０．２ｍｍ幅のスリット加工を施したものである。
次いで、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌと垂直方向に２６２Ｎ／ｍｍ２および３００Ｎ／ｍｍ２の引張応力を付与することにより、鋼板溶接継手２に脆性き裂を発生させた。そして、この脆性き裂を、鋼板溶接継手２の溶接線Ｌ上で伝播させることにより、溶接構造体の耐脆性き裂伝播性を評価した。この際の雰囲気温度は−１０℃とした。
【００６０】
そして、アレスタ溶接継手６に到達した後における脆性き裂の伝播方向及び停止位置を調査し、亀裂の伝播、停止の形態が、図１のｂ〜ｄに対応する以下に示す３段階［ｂ］〜［ｄ］の何れに該当するか確認した。
［ｂ］…脆性き裂がアレスタ溶接継手に到達した後、アレスタ部材に突入し、直ちに停止した（図１−ｂの形態）。
［ｃ］…脆性き裂がアレスタ溶接継手に到達した後、このアレスタ溶接継手に沿って伝播し、次いで再び鋼板溶接継手に戻り、鋼板溶接継手を伝播した（図１−ｃの形態）。
［ｄ］…脆性き裂がアレスタ溶接継手に到達した後、このアレスタ溶接継手に進入し、さらにアレスタ部材を貫通した後、そのまま鋼板溶接継手を伝播した（図１−ｄの形態）。
【００６１】
本実施例で用いた鋼板１の化学成分組成、鋼板製造条件及び母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ1.5）の一覧を表１に示す。また、鋼板１を突合せ溶接して鋼板溶接継手２を形成する際の溶接条件、及び、アレスタ部材５の鋼板特性と形状の一覧を、表２、４に示すとともに、アレスタ溶接継手６を形成する際の溶接条件、及び、脆性き裂の伝播の評価結果の一覧を表３、５に示す。
【００６２】
【表１】
2012008056.tif 000015
【００６３】
【表２】
2012008056.tif 000016
【表３】
2012008056.tif 000017
【００６４】
【表４】
2012008056.tif 000018
【表５】
2012008056.tif 000019
【００６５】
［評価結果］
表２〜５に示す参考例１〜１５および２１〜３１は、図２に示す第１の実施形態（参考例）の溶接構造体Ａに関する例であり、本発明例１６〜１８は、図４に示す第２の実施形態の溶接構造体Ｂ、本発明例１９、２０は、図５に示す第３の実施形態の溶接構造体Ｃに関する例である。
また、表４、５に示す比較例１〜８は、図２に示す溶接構造体Ａと同様の構造を有する例であり、比較例９〜１２は、図４に示す溶接構造体Ｂと同様の構造を有する例である。
【００６６】
上記各例において、本発明例１６、１８〜２０および参考例１〜８、１２〜１５、２１〜３１、並びに比較例１〜９、１２は、図２や図４に示すように、平面視略四角形のアレスタ部材を、外縁部の鋼板溶接継手の長手方向に対する角度が９０°となるように溶接構造体を製造した例である。
また、参考例９〜１１、本発明例１７並びに比較例１０、１１は、平面視略四角形のアレスタ部材を、外縁部の鋼板溶接継手の長手方向に対する角度が表２に示す所定の角度となるように、直線状とされた上縁部が横縁部に対して傾斜するように形成したものである。これらの例のうち、参考例９〜１１、本発明例１７並びに比較例１０、１１は、アレスタ部材の横縁部５３、５４も傾斜させて、アレスタ部材を全体として台形状に形成した例である。
なお、参考例１４は、き裂が下方から進展した場合の例であるが、他の例は、き裂が上方から進展した場合の例である。
【００６７】
表４、５に示すように、本発明または参考例に係る溶接構造体（本発明例１６〜２０、参考例１〜１５、２１〜３１）は、脆性き裂を、全てアレスタ部材で停止することができた（上記［ｂ］の形態）。これにより、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが確認できた。
【００６８】
ここで、参考例１２、１３は、何れも、アレスタ部材の板厚が鋼板の母材及び溶接継手の厚さよりも大きな例であるが、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が、アレスタ部材溶接継手に到達した後にアレスタ部材に突入し、アレスタ部材で直ちに停止し、所定の耐脆性き裂伝播性を発揮することができた。
また、参考例１０、１１、２２、２３は、何れも、アレスタ部材の板厚が鋼板の母材及び溶接継手の厚さよりも小さな例であるが、上記同様、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が、アレスタ部材で直ちに停止し、所定の耐脆性き裂伝播性を発揮することができた。
また、参考例４、１５は、アレスタ部材の高さＨが（１）式で規定される下限値であるが、アレスタ部材の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ２値が−側に高いので、き裂の伝播をアレスタ部材で停止できた。
【００６９】
これに対し、比較例１〜１２の溶接構造体では、アレスタ部材の鋼板特性又は形状の何れかが本発明の規定を満たしていないため、耐脆性き裂の伝播の形態が上記［ｃ］あるいは［ｄ］となり、表５に示すように脆性き裂の伝播を停止できなかった。
比較例１、５の溶接構造体は、アレスタ部材の高さＨが不充分であるため、比較例２、はアレスタ部材の板厚ｔが不充分であるため、比較例４は高さＨと板厚ｔが不充分であるため、それぞれ、脆性き裂がアレスタ溶接継手及びアレスタ部材に突入した後、再び鋼板溶接継手を伝播し、脆性き裂を停止できず、［ｄ］となった例である。
また、比較例３は、アレスタ部材の板厚ｔと高さＨが不充分であるとともに、アレスタ部材のＫｃａ特性が不充分であり、上記同様、アレスタ部材で脆性き裂を停止することができず、［ｄ］となった例である。
また、比較例６、９は、アレスタ部材の横幅Ｗが不適であるため、アレスタ溶接継手に沿って脆性き裂が迂回し、そのまま鋼板溶接継手を伝播し、［ｃ］となった例である。
また、比較例７、１２は、アレスタ部材のＫｃａ特性が不充分であったため、上記同様、アレスタ部材で脆性き裂を停止することができず、［ｄ］となった例である。
また、比較例８は、アレスタ部材のＫｃａ特性が不充分であったため、上記同様、アレスタ部材で脆性き裂を停止することができず、［ｄ］となった例である。
また、比較例１０、１１は、何れも、アレスタ部材の外縁部の鋼板溶接継手の長手方向に対する角度が本発明の規定範囲外であり、アレスタ部材に脆性き裂を導入することができず、アレスタ溶接継手を迂回した後、そのまま鋼板溶接継手を伝播したため、脆性き裂を停止することができず、［ｃ］となった例である。
【００７０】
以上の結果により、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが明らかである。
【符号の説明】
【００７１】
Ａ、Ｂ、Ｃ    溶接構造体
１、１０、１０Ａ    鋼板
２、２０、２０Ａ    鋼板溶接継手
３、３ａ、３ｂ    貫通孔
４    耐き裂制御部
５    アレスタ部材
５１、５２    上縁部
５５    下縁部
６、６０    アレスタ溶接継手
２５、２６、３５、３６    長手配列鋼板溶接継手
２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４    長手配列鋼板
７０    船舶構造体
Ｌ    溶接線
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止する耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入されたアレスタ部材、及び、該アレスタ部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたアレスタ溶接継手を有しており、
前記アレスタ部材の外縁部は、前記鋼板溶接継手の長手方向前後において、該長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で前記鋼板溶接継手と交差するように形成されており、前記アレスタ部材の前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、前記鋼板溶接継手の長手方向と直角な方向の最大幅で表される横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足し、
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手が形成されており、前記耐き裂制御部は、前記鋼板溶接継手と交差する一方の外縁部に形成される前記アレスタ溶接継手が前記長手配列鋼板溶接継手に接するように設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
２Ｔ  ≦  Ｈ            ・・・・・  （１）
３．２ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ      ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
【請求項２】
鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を停止する耐き裂制御部が設けられており、
該耐き裂制御部は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼材からなり、前記鋼板溶接継手から前記鋼板にまたがって形成された貫通穴に挿入されたアレスタ部材、及び、該アレスタ部材の外縁部と、それに対向する鋼板母材とが突合せ溶接されて形成されたアレスタ溶接継手を有しており、
前記アレスタ部材の外縁部は、前記鋼板溶接継手の長手方向前後において、該長手方向に対して６０°以上１２０°以下の範囲の角度で前記鋼板溶接継手と交差するように形成されており、前記アレスタ部材の前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、前記鋼板溶接継手の長手方向と直角な方向の最大幅で表される横幅Ｗ（ｍｍ）、及び板厚ｔ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）〜（３）式で表される関係を満足し、
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手が形成されており、前記耐き裂制御部は、アレスタ部材の前記鋼板溶接継手と交差する一方の外縁部に形成される前記アレスタ溶接継手が前記長手配列鋼板溶接継手を含むように設けられ、さらに、前記長手配列鋼板溶接継手をなす溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ４（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、ｖＴｒＳ４  ≦  ｖＴｒＳ１＋２０で表される関係を満たすこと、を特徴とする耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
２Ｔ  ≦  Ｈ            ・・・・・  （１）
３．２ｄ＋５０  ≦  Ｗ  ・・・・・  （２）
０．９０Ｔ  ≦  ｔ      ・・・・・  （３）
但し、上記（１）〜（３）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
【請求項３】
前記アレスタ溶接継手における溶接金属部の靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ３（℃）と、前記鋼板の母材靱性を表す脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）との関係が、次式、
ｖＴｒＳ３  ≦ｖＴｒＳ１＋２０
で表される関係を満たすこと、を特徴とする請求項１に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
【請求項４】
前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐脆性き裂伝播性を有する溶接構造体。
【国際調査報告】
2012008056.tif 000020
2012008056.tif 000021
2012008056.tif 000022
2012008056.tif 000023